珍稀矿物——不只是观赏，改善环境也能靠它 |前沿用户报道

编辑| 唐晓辉
润色I Norah、孙平

校阅| Lucy、Joanna

作为美国西部最 大的自然历史博物馆，洛杉矶自然博物馆以拥有丰富而珍贵的自然和文化历史收藏而闻   名，尤其是精美的宝石和稀少的矿藏，更是吸引了大量的爱好者前往参观。其中大多数矿藏由博物馆副馆长——塞莱斯坦（Aaron Celestian）博士和他的团队所采集。然而这些矿藏可不仅仅是展览品，在这里它们还有着更重要的使命——助力环保。

图1 洛杉矶自然博物馆

矿物作为地球上一种重要的非可再生资源，在我们的社会生产发展中扮演着十分重要的角色。但你知道吗？矿物除了能够满足我们的社会生产和工业需要，更是帮助我们改善环境的利器！比如一种叫做Sitinakite的沸石，最近就被证明能够很好地吸收水中的铯（Cs），从而被用于核废料的清理。对，没错，它可以“吸收”！是不是超出了你对石头的认知呢？

塞莱斯坦博士是一位矿物研究者，他的主要工作就是研究矿物对环境的作用，在他这里，各种矿物不仅仅是展览品，还是环境研究的重要样品。

图2 塞莱斯坦博士

“我正试图用矿物来解决一些人类所造成的环境问题。”下面就让我们一起来看看塞莱斯坦博士如何通过分析矿物，为环境研究工作提供新思路的。

无损分析

矿物研究的制胜法宝

塞莱斯坦副馆长尝试通过各种测试分析手段，了解矿物与不同元素之间的关系，不同的矿物有哪些不同的性质，它们在保护环境方面又能发挥哪些作用。

在研究之前，塞莱斯坦的首要考量是选用合适的分析方法和仪器。矿物作为一种非可再生资源，可谓是用一块少一块，尤其是对于那些已经濒临“灭绝“的稀缺矿物，就显得弥足珍贵，比如稀土、磷矿等应用广泛但资源稀缺的矿石，这时候无损研究就十分必要了。此外，为了确定不同的环境和工业条件下矿物的生长方式，塞莱斯坦博士的大部分工作都要在自然环境下进行，无损分析更能满足这一要求。

TIP: 在塞莱斯坦的实验室，有两台仪器显得十分抢眼——XGT 7200型X射线显微分析仪和XploRA™ PLUS拉曼光谱仪。这两台仪器是他分析工作的重要工具，平时，他会用X射线分析显微镜对样品进行无损的元素分析，而拉曼光谱则帮助他进行结构方面的表征。

图3  XGT-7200型 X射线分析显微镜(左)XploRA™ PLUS智能型全自动拉曼光谱仪(右)

矿物研究

环境修复新方向

选定了研究方法和分析仪器后，塞莱斯坦团队有什么新发现呢？

塞莱斯坦团队首先发现矿物内部的包裹体具有很特殊的结构和作用，为此，他们使用了HORIBA XploRA™ PLUS 拉曼光谱仪对这一 流体包裹体进行了分析表征。他们发现，作为被矿物“困住”的物质，包裹体可以“捕获”诸如二氧化碳之类的有害气体、液体和固体，这无疑给污染物的封存提供了全新的思路。

图4 来源：Pixabay

除了揭秘矿物包裹体，塞莱斯坦团队还利用拉曼来分析矿物发生的化学反应，分析矿物与元素等的一些相互作用等，以此了解矿物与环境之间的关系，以及什么样的环境更适合生活和居住，因为这些都是有关联的。比如去年曾报道，一些科学家将一些粘土矿物作为环境修复材料，用于土壤中病原菌的消除和重金属土壤中的植物修复强化，这一发现无疑为矿物应用于环境修复提供了新思路。

除了研究地球上的矿物，塞莱斯坦和他的合作团队还将目标转至了火星。在2028年即将开展的一项火星取样任务中，他们被委任研究来自火星的矿物，比如寻找被封存在矿物内部的细菌和β胡萝卜素。这些工作既能揭示在火星是否有过生命，又能更加深入地探索在其他行星上发生的矿物化过程。最 终目的则是希望把研究成果应用到解决诸如放射性废物处置、二氧化碳封存等环境问题上。 

矿物环境学 

前景可期

不光在国外，目前国内也有许多优秀的研究者正致力于环境矿物的研究。“环境矿物学“作为一门新兴学科，从20世纪90年代确立以来，一直备受学者关注，它的产生和发展，是现代矿物学理论和方法的发展与人类对自身生存环境的日益关注以及解决人类面临的环境问题所要求的多学科综合研究的产物。

图5 来源：Pixabay

在这个发展方向上，也有不少科研成果产出。有研究就发现硅酸盐矿物中的膨润土、高岭土等，在重金属污染修复的应用中具有廉价易得、效果好、可循环利用、不易改变土壤结构和出现二次污染等优点，是一种极 佳的天然环境矿物材料。

矿物的研究还在持续进行中，就在今年3月，十三五规划教材《环境矿物材料》正式出版，种种动态无一不表明这一领域大有可为，我们可以期待未来会有更多矿物方面的研究产出，从而持续为环境的改善做出贡献。

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关于仪器：

在整个分析过程中，大量光谱表征工作通过HORIBA XploRA™ PLUS拉曼光谱仪和XGT-7200 X射线显微分析仪完成，之所以选择这两台光谱仪，是因为它们不但具有快速无损分析的功能，而且具有高分辨率和高成像效果，能够为塞莱斯坦团队在元素分析和结构表征方面提供了很好的服务。

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